BIOLOGÍA- 2do A y B
Las células
Todos los seres vivos que habitan el planeta están
formados por unidades microscópicas llamadas células. Algunos organismos poseen una sola célula, como las
bacterias y las amebas. Otros, como los árboles y las ballenas, están formados
por millones de células. Cada célula es capaz de realizar todas las funciones
biológicas, por eso se las considera las unidades fundamentales de la vida.
Hooke y el origen de
la palabra célula
En
1665, el científico e inventor inglés Robert
Hooke (1635-1703) observó con un microscopio óptico una lámina muy delgada
de corcho, obtenida de la corteza de un árbol llamado alcornoque. En el
material observado descubrió estructuras similares a las de un panal de abejas
y denominó célula (“celdilla”, en
latín) a cada parte del “panal”. El corcho proviene de la
corteza exterior seca de algunos árboles. Por lo tanto, Hooke no observó
células vivas, sino las paredes de las células vegetales muertas que forman
parte del tejido del corcho.
La célula:
unidad de vida
A pesar de la gran variedad de células que existe, todas tienen en común
ciertas características estructurales: la membrana
plasmática, el citoplasma, el material genético y los ribosomas.
• La membrana
plasmática delimita la célula y la separa del exterior, permitiendo ciertos
intercambios de sustancias entre el interior de la célula y el medio
extracelular.
• El citoplasma
es el contenido de la célula, excluyendo la región donde se encuentra el
material genético. En él ocurren casi todas las reacciones que integran el
metabolismo celular.
• El material
genético, formado por ADN, posee la información hereditaria que se transmite de
la célula madre a las células hijas y dirige el funcionamiento de la célula.
• Los ribosomas
son las estructuras donde se fabrican las proteínas.
A partir de esta estructura común, los diferentes tipos celulares tienen
componentes distintos que les permiten desarrollar sus funciones vitales
específicas.
El tamaño de las células
Existen células de distintos tamaños, pero casi todas son muy pequeñas para
poder verlas a simple vista. Por eso, para poder observarlas se utilizan
microscopios.
Las células se miden en una unidad de longitud llamada micra, micrómetro o
micrón (µm). Un micrón equivale a la milésima parte de 1 mm (1 µm = 0,001 mm ).
La mayoría de las células miden entre 10 y 100 µm de diámetro, pero existen
células mucho más grandes, como los óvulos de las gallinas, que miden varios
centímetros, y otras más pequeñas, como muchas bacterias, que miden menos de 3
µm de longitud.
La forma de las células
La forma de las células es muy variada y está relacionada con la función
que realizan. Existen células esféricas, como los óvulos y algunas bacterias;
estrelladas, como las neuronas; poliédricas, como muchas células vegetales;
alargadas, como las células musculares, entre otras.
La teoría celular
El conocimiento actual que el ser humano tiene de las células se construyó
con el aporte de muchos científicos a lo largo de más de 300 años de
investigaciones.
A las observaciones utilizando un microscopio realizadas por Hooke de las láminas de corcho y otros
tejidos vegetales, se sumaron, a partir de 1674, las realizadas por Anton van Leeuwenhoek, un holandés
apasionado por los microscopios. Van Leeuwenhoek
se dedicó a observar, con microscopios construidos
por él mismo, muestras de todo lo que hallaba a su alrededor. Descubrió así un
mundo hasta entonces desconocido, como los microorganismos que habitan el agua
de los charcos, las bacterias presentes en su propia placa dental, los glóbulos
rojos de la sangre y los espermatozoides del semen.
Muchos años después, en 1838, el botánico alemán Matthias
Schleiden comprendió que las plantas
están formadas por células. Un año después, otro científico alemán, Theodor Schwann, y después de dedicarse durante años al estudio de las
células, concluyó que la célula era la unidad de vida tanto de los animales
como de las plantas. Estas afirmaciones fueron el principio de la teoría celular.
En 1858, el médico alemán Rudolf
Virchow hizo un nuevo aporte a la
teoría celular: afirmó que toda célula proviene de otra preexistente, por
división de ésta.
La teoría celular es una de las más importantes teorías de la biología y es
el origen de la biología celular. Tal como se la considera hoy, puede resumirse
en cuatro principios o postulados:
1. Todos los
seres vivos están formados por células (una o muchas) y los productos que ellas
fabrican.
2. Las células
son las unidades estructurales y funcionales de todos los seres vivos, es
decir, las unidades de vida más pequeñas.
3. Toda célula
proviene de la división natural de otra célula ya existente.
4. Las células
contienen material hereditario por medio del cual las células hijas poseen
características similares a las de la célula madre.
Aunque en nuestros días estas ideas parezcan evidentes, durante varios
siglos dieron origen a acalorados debates. Las observaciones y los experimentos de muchos
científicos a lo largo de la historia convalidaron esta teoría que actualmente
es la base para entender cómo funciona la vida.
La organización de las células
Si bien todas las células poseen características comunes, existen dos tipos
fundamentalmente distintos: las células
procariotas y las células eucariotas.
Células procariotas
Las células procariotas, aunque
tienen una estructura mucho menos complicada que las eucariotas, poseen un
funcionamiento complejo y llevan a cabo miles de transformaciones químicas. Los
organismos formados por estas células han sobrevivido durante más tiempo que
cualquier otro ser vivo y constituyen el tipo celular más abundante y
cosmopolita del planeta.
La característica más notable de las células procariotas (en griego, “antes
del núcleo”) es que no tienen núcleo. Estas células tienen un único
compartimiento rodeado por la membrana plasmática. Por lo tanto, todas las
funciones se realizan en el citoplasma que ocupa el interior de la célula.
Los primeros habitantes del planeta eran células procariotas, y se cree que
todos los organismos que hoy habitan la Tierra descendieron de ellos. Su tamaño es
pequeño comparado con el de las células eucariotas y generalmente no supera los
4 µm de diámetro.
Los organismos procariotas son unicelulares y de todos ellos las bacterias son los más estudiados.
El ADN procariota es una única molécula muy larga que forma un anillo
plegado llamado cromosoma bacteriano.
Está disperso en el citoplasma, ubicado en una región específica denominada nucleoide, que no está rodeada por
ninguna membrana. En el citoplasma bacteriano, además, puede haber una o más
moléculas pequeñas de ADN circular llamadas plásmidos. Algunos plásmidos tienen información hereditaria que le
otorga a la bacteria resistencia a la acción de los antibióticos.
Además de carecer de núcleo, las células procariotas tampoco poseen otras
organelas celulares, excepto numerosos ribosomas,
más pequeños que los de las células eucariotas, donde se sintetizan las
proteínas.
La mayor parte de las bacterias poseen, alrededor de la membrana
plasmática, una pared celular relativamente
rígida que determina su forma.
Las bacterias móviles poseen uno o más flagelos
largos que les permite nadar. Las bacterias habitan en el suelo, en el agua y
en las células de otros organismos vivos o en descomposición.
Si bien existen numerosos tipos de bacterias, se las agrupa por su forma en
cuatro categorías:
- cocos: con forma más o menos esférica y
suelen constituir grupos.
- bacilos: con forma de pequeños
bastones.
- vibriones: con forma de coma o bastón
curvado.
- espirilos: con forma de espiral.
Además de las bacterias, existen otros seres vivos formados por una única
célula procariota, como las cianobacterias y las arquibacterias. Estas últimas
habitan ambientes de la Tierra
“difíciles” que incluyen zonas de temperatura o salinidad extremas, como el
agua muy salada, los polos, las aguas termales o el interior de los volcanes.
Células eucariotas
Los animales, las plantas, los hongos, los protistas (protozoos y algas
unicelulares) están formados por células
eucariotas. Este tipo de células,
que por lo general son mucho más grandes que las células procariotas,
evolucionaron a partir de ellas.
Las células eucariotas poseen distintos tipos de organelas. Estas estructuras celulares poseen forma definida y
realizan una función específica. Existen organelas que están limitadas por
membranas, como los lisosomas y las mitocondrias; en cambio otras, como los
ribosomas y los nucleolos, carecen de ellas.
El núcleo es la organela más
notable de las células eucariotas (en griego, eucariota significa “núcleo verdadero”). Está limitado por una
membrana doble, la envoltura nuclear,
y contiene casi todo el ADN celular. La envoltura nuclear está perforada por
poros, pequeños canales que permiten el intercambio de materiales entre el
núcleo y el citoplasma. Dentro del núcleo, además del material hereditario, se
encuentra el nucleolo, organela en
las cual se arman los ribosomas.
Por lo tanto, a diferencia de las células procariotas, en las cuales el
citoplasma es un único espacio común en el que se producen todas las reacciones
celulares, las células eucariotas poseen un sistema de membranas internas que
limitan diversos compartimientos, en los cuales se llevan a cabo la mayoría de
las reacciones metabólicas. Las membranas internas aseguran que las condiciones
interiores del compartimiento sean distintas de las del citoplasma que lo
rodea.
El citoplasma de las células eucariotas también posee una red de fibras de
proteínas fibrosas, el citoesqueleto,
que da forma y soporte a la célula y facilita el transporte interno de
sustancias. Muchas organelas están adheridas al citoesqueleto.
Existen celulares eucariotas de muchas formas, tamaños y funciones. La
forma depende de la función que la célula desempeña y del entorno en el que se
encuentra. Su tamaño también es muy variable: suele estar comprendido entre los
10 y los 50 µm, pero algunos protistas pueden medir hasta 150 µm.
ACTIVIDAD 1:
a- ¿Por qué el concepto actual de la palabra célula no coincide con el utilizado por
Hooke para describir a las “cajitas” que forman el corcho?
b- ¿Qué características estructurales poseen todas las
células?
c- ¿Qué establece la teoría celular?
d- Realicen un cuadro de doble
entrada estableciendo las diferencias entre las células eucariotas y
procariotas.
Las células
animales y vegetales
Dentro del grupo de las células eucariotas, existen dos tipos principales:
las células animales y las células vegetales. Si bien ambos grupos
de células comparten la misma estructura básica, poseen algunas diferencias que
permiten diferenciarlas fácilmente.
ACTIVIDAD 2:
Busquen esquemas tridimensionales y referenciados de una célula animal y
otra vegetal. Acompañen la lectura de las estructuras celulares analizando los
esquemas.
Citoplasma: es la región de la célula que está por fuera del núcleo. Está formado por
el citoesqueleto, las organelas y una matriz de aspecto gelatinoso, llamada hialoplasma o citosol, compuesta por agua, minerales, moléculas orgánicas
pequeñas y proteínas.
Citoesqueleto: actúa como un esqueleto interno que da forma a la célula y soporte a las
organelas.
Núcleo: contiene casi todo el material hereditario. En las células animales, por
lo general, se encuentra en el centro. En cambio, en las células vegetales se
ubica en un costado, empujado contra la membrana por la presión de la gran
vacuola.
Nucleolo: se encuentra en el interior del núcleo. Esta organela es más o menos
esférica y su función es armar los ribosomas.
Ribosomas: son pequeñas organelas formadas por ARN ribosómico y proteínas. Pueden
encontrarse libres en el hialoplasma o adheridos a la membrana del RER.
Participan en la síntesis de proteínas.
Mitocondrias: realizan la respiración celular
aeróbica, proceso mediante el cual producen energía a partir de algunos
nutrientes que ingresan a la célula.
Retículo
endoplasmático liso (REL): es un conjunto de sacos membranosos que forman cavidades
comunicadas entre sí. Sintetiza lípidos.
Retículo
endoplasmático rugoso (RER): parecido al REL. Posee ribosomas asociados que sintetizan las
proteínas que forman parte de la membrana y otras que la célula exporta.
Complejo de Golgi: está formado por sacos membranosos aplanados y apilados, rodeados de
pequeñas vesículas que contienen las proteínas sintetizadas por el RER que son
exportadas fuera de la célula.
Centríolos: son dos pequeños cilindros formados por filamentos de proteínas, que
participan en la división y el movimiento celular. Son exclusivos de las
células animales.
Lisosomas: estas pequeñas vesículas, presentes en las células animales, contienen
enzimas digestivas que degradan materiales incorporados por las células y
destruyen organelas dañadas.
Cilios y flagelos: muchos protozoos y
algunas células animales poseen cilios o flagelos. Son organelas que sobresalen
de la superficie celular y están rodeados por membrana. Estos apéndices con
forma de látigo permiten el desplazamiento de las células o producen corrientes
alrededor de ellas. Los cilios son cortos y muy numerosos. Los flagelos son más
largos y se encuentra uno o dos por célula. Los espermatozoides son las únicas células humanas con flagelo.
Plástidos: estas organelas son exclusivas de las plantas y las algas. Están limitados por
una membrana doble y existen distintos tipos. Algunos son incoloros (leucoplastos) y almacenan sustancias de
reserva. Un ejemplo son los amiloplastos,
que reservan almidón y son muy abundantes en las células de la papa, la batata
y los granos de arroz. Los plástidos que contienen pigmentos se llaman cromoplastos. Los cloroplastos son los
más “famosos”, pero existen otros que poseen pigmentos amarillos, anaranjados y
rojos. Estos cromoplastos, responsables del color de muchas flores y frutos, no
realizan la fotosíntesis.
Cloroplastos: realizan la fotosíntesis. Se encuentran en determinadas células de las
hojas.
Pared celular: es una cubierta rígida pero permeable que rodea a la membrana plasmática.
Está compuesta principalmente por fibras de celulosa entrecruzadas que
contribuyen a mantener la forma de la célula y le da sostén a la planta.
Vacuola central o gran vacuola: es una gran
bolsa limitada por membrana que ocupa la mayor parte del volumen de muchas
células vegetales y le proporciona rigidez. Almacena agua, nutrientes y
sustancias de desecho.
ACTIVIDAD 3:
a- Elaboren una lista con todas las estructuras comunes a las células animales
y vegetales.
b- ¿Cuáles son las características propias de cada tipo celular?
c- Construyan una tabla de doble entrada con las diferencias entre las células
animales y vegetales.
La membrana
plasmática
Todas las células están limitadas por la membrana plasmática, que mantiene las diferencias entre la
composición del contenido de la célula y la de su entorno. La membrana
plasmática es la frontera entre la célula y el medio extracelular, pero sin
aislarla, porque actúa como una barrera semipermeable que permite el ingreso de
agua, oxígeno y otros nutrientes y la salida de sustancias de desecho, como el
dióxido de carbono.
Además, como la membrana plasmática es la única estructura de la célula en
contacto con el medio, es a través de ella que la célula recibe las señales del
exterior e interacciona con otras células. Su pequeño espesor, de alrededor de
75 Å (ángstrom) —equivale a 0,0075 µm —, determina que no se la pueda observar
con el microscopio óptico, pero sí es posible identificarla utilizando el
microscopio electrónico.
Estructura de la membrana
Se han propuesto diferentes modelos de la estructura molecular de la
membrana plasmática a partir de análisis químicos y observaciones realizadas
con el microscopio electrónico. Actualmente, el más aceptado por la comunidad
científica es el propuesto por Singer y Nicholson en 1972, conocido como modelo del mosaico fluido. De acuerdo
con este modelo, la membrana está compuesta por:
• Fosfolípidos: se disponen formando una
doble capa. Estas moléculas poseen una cabeza que tiene afinidad con el agua y
dos colas que rechazan al agua. Otro lípido importante de las membranas de las
células animales es el colesterol.
Los lípidos le dan fluidez a la membrana, ya que permiten que sus componentes
se muevan a través de ella como en una capa de aceite.
• Proteínas: existen dos grupos de
proteínas de membrana: las que atraviesan la membrana de lado a lado (proteínas
transmembrana o integrales) y las que se disponen en la superficie interna (proteínas
periféricas). Algunas proteínas actúan como canales o transportadoras de
sustancias hacia el interior o exterior de la célula. Otras reciben señales y
le permiten a la célula comunicarse con otras células.
• Glúcidos: los glúcidos que forman la
membrana son cadenas cortas de monosacáridos llamados oligosacáridos. Se localizan en la cara externa de la membrana
plasmática. Su función está relacionada con la protección de las células y con
el reconocimiento entre unas y otras.
Aunque realicen diferentes funciones y existan componentes que se
encuentran solamente en membranas con funciones especiales, todas las membranas
biológicas tienen una estructura básica común: una doble capa de lípidos y
proteínas.
Así como la membrana plasmática separa el interior de la célula del
ambiente que la rodea, las membranas del retículo endoplasmático, del complejo
de Golgi, de las mitocondrias y de otras organelas limitadas por membranas
mantienen las diferencias características entre el contenido de cada organela y
el hialoplasma.
El transporte de sustancias a través de la membrana
Muchos procesos celulares requieren que la célula incorpore sustancias del
exterior, por ejemplo, para obtener energía a partir de ellas. A su vez, tanto
los desechos como las sustancias que la célula sintetiza para luego exportar, deben
pasar al medio extracelular. El proceso de entrada y salida de moléculas de la
célula está regulado por la membrana plasmática que posee permeabilidad selectiva, es decir, es semipermeable.
La membrana puede ser atravesada por distintos mecanismos. Algunos son
pasivos, ya que no requieren gasto de energía; en cambio, otros transportes son
activos porque consumen energía.
Transportes sin gasto de energía:
• Difusión simple: las moléculas
pequeñas atraviesan la membrana desplazándose desde una zona en la que están
más concentradas hacia otra donde están menos concentradas, es decir, se mueven
a favor de su gradiente de concentración
(un gradiente es la diferencia de concentraciones entre dos puntos
específicos). Las sustancias pueden traspasar la capa de lípidos (difusión a través de la bicapa) o
movilizarse a través de proteínas que actúan como canales (difusión a través de proteínas canal.
• Difusión facilitada: en este
transporte intervienen proteínas transportadoras o carriers, que se unen a una molécula específica y hacen posible que
atraviese la membrana.
Todos los tipos de difusión son pasivos, ya que ocurren espontáneamente sin
que la célula gaste energía.
¿A que se llama ósmosis?
El agua, como otras sustancias, también se mueve por difusión desde una
zona donde sus moléculas están más concentradas a otra en las que están menos
concentradas. Pero, la difusión de agua a través de membranas de permeabilidad
selectiva, como las membranas biológicas, tiene un nombre especial: ósmosis. Esto pone de manifiesto la
importancia que el proceso tiene para la vida de las células.
Transportes con gasto de energía:
• Transporte a través de proteínas bomba: las células incorporar y eliminan sustancias en contra de su gradiente de
concentración. En estos casos las moléculas atraviesan la membrana utilizando
proteínas específicas de la membrana llamadas proteínas bomba que las
transportan hacia afuera o hacia adentro de la célula.
• Transporte en masa:
Endocitosis: las
partículas grandes, como proteínas o partes de células, no pueden atravesar
directamente la membrana plasmática. Para transportarlas, la membrana se
deforma y engloba a la partícula, formando una vesícula que lleva a la
sustancia al interior. Esto ocurre, por ejemplo, cuando los glóbulos blancos
capturan una bacteria. Si el material que ingresa es líquido el proceso se
llama pinocitosis; en cambio, la
incorporación de sólidos se denomina fagocitosis.
Exocitosis: es un proceso
inverso a la endocitosis: ocurre cuando la célula debe eliminar gotas de
líquido o moléculas de gran tamaño, como las hormonas que fabrican algunas
células.
El transporte por proteínas bombas y el transporte en masa son activos,
porque la célula gasta energía para realizarlos.
ACTIVIDAD 6:
a- ¿Qué funciones cumple la membrana plasmática?
b- Elaboren una lista con todos los mecanismos de transporte a través de la
membrana plasmática e indiquen cuáles son pasivos y cuáles activos.
La fotosíntesis
Todas las células necesitan materia y energía para mantener su
organización, crecer y reproducirse. El metabolismo
celular es la suma de los procesos o transformaciones químicas que se
producen en una célula.
Prácticamente, toda la energía que usan los seres vivos proviene del sol. Existen
células que absorben la energía del
Los cloroplastos
La fotosíntesis se lleva a cabo en los cloroplastos,
organelas que poseen una membrana externa y otra interna, que encierra un
espacio llamado matriz o estroma. Existe una tercera membrana muy
plegada que ocupa el interior del cloroplasto. Esta membrana forma sacos
aplanados con forma de moneda llamados tilacoides,
que se hallan apilados y constituyen las grana.
Algunos tilacoides poseen prolongaciones que conectan los grana entre sí a
través del estroma. Formando parte de la membrana de los tilacoides hay un
pigmento verde, la clorofila (khlorós, en griego, significa “verde”),
que absorbe la energía de la luz solar. La clorofila es la responsable del
color que presentan las partes verdes de la planta. Los cloroplastos, además,
tienen ADN y ribosomas similares a los de las células procariotas.
No todas las células de una planta realizan la fotosíntesis. Las células de
las raíces, por ejemplo, se nutren con el alimento sintetizado por los órganos
que poseen células con cloroplastos, como las hojas.
Los cloroplastos sólo se encuentran en los organismos eucariotas
autótrofos. En los organismos procariotas que son fotosintetizadores, como las
cianobacterias y algunas bacterias, el proceso se lleva a cabo en plegamientos
internos de la membrana plasmática que contienen los pigmentos que captan la
energía lumínica.
Los pigmentos
Los organismos fotosintetizadores pueden utilizar la energía lumínica
gracias a la presencia de pigmentos, nombre que reciben las sustancias capaces
de absorber luz. Hay muchos tipos de pigmentos, pero la clorofila es el más
extendido entre los organismos fotosintetizadores. Absorbe luz en las
longitudes de onda azul y roja y refleja la luz verde; de allí el color verde
característico de las partes fotosintetizadoras de las plantas.
ACTIVIDAD 7:
Ubiquen, en el espacio previsto, el esquema de un cloroplasto referenciado
e identifiquen todas sus estructuras.
Etapas de la
fotosíntesis
La fotosíntesis se realiza en dos fases: la etapa fotodependiente y la
etapa fotoindependiente.
• Etapa fotodependiente o fotoquímica. También
se la llama etapa luminosa porque se produce únicamente cuando hay luz. Esta
etapa tiene lugar en la membrana de los tilacoides del cloroplasto donde se
encuentran la clorofila y otros pigmentos fotosintéticos que absorben o
“atrapan” la energía luminosa. Esta energía se utiliza para formar ATP (a partir de ADP y P). También se rompen
las uniones químicas entre los átomos de las moléculas de agua (hidrólisis).
Como consecuencia, los átomos de
hidrógeno (H) se separan de los
átomos de oxígeno, los cuales se unen entre sí formando oxígeno gaseoso (O2),
que es liberado a la atmósfera. Los átomos de hidrógeno (también ricos en
energía) y el ATP se utilizan en la siguiente etapa.
• Etapa fotoindependiente o bioquímica.
Esta fase también se conoce como etapa oscura, ya que las reacciones se llevan
a cabo tanto en la luz como en la oscuridad. Esta etapa se produce en el
estroma de los cloroplastos. Consiste en una serie de reacciones químicas
cíclicas muy complejas en las cuales el CO2 (que proviene de la
atmósfera e ingresa por difusión a través de los estomas de las hojas), se
utiliza para fabricar glucosa, un
compuesto orgánico de seis carbonos (C6H12O6),
relativamente sencillo. Este proceso se denomina fijación de CO2 o fijación
de carbono. Durante estas reacciones se utilizan los átomos de hidrógeno y
el ATP producidos durante la etapa luminosa. Por lo tanto en esta fase se
sintetiza materia orgánica (glucosa) a partir de materia inorgánica (CO2
y H2O) proveniente del ambiente.
Las reacciones bioquímicas que se producen durante la etapa oscura de la
fotosíntesis también son conocidas como ciclo
de Calvin, en honor a uno de sus descubridores, el químico estadounidense
Melvin Calvin (1911-1997). En 1961 le fue otorgado el Premio Nobel de Química
por este decisivo aporte al esclarecimiento del proceso de “fijación” del CO2
por las partes verdes de las plantas.
Las plantas convierten los productos sencillos de la fotosíntesis en
biomoléculas más complejas, como sacarosa, polisacáridos, ácidos grasos y
algunos aminoácidos, entre otras. La sacarosa, por ejemplo, se sintetiza en el
hialoplasma de las células que realizan fotosíntesis y se exporta por los vasos
de conducción y llega a las células de la planta que no realizan fotosíntesis.
Como resultado global de la fotosíntesis:
§
se sintetiza materia orgánica (glucosa) a
partir de materia inorgánica (dióxido de carbono y agua),
§
la energía lumínica se transforma en
energía química, que queda almacenada en las uniones químicas de los átomos que
forman la glucosa y
§
se produce oxígeno molecular.
Las plantas carnívoras
Las plantas carnívoras, como Dionaea,
además de realizar la fotosíntesis, son capaces de alimentarse de insectos,
pues tienen hojas modificadas en forma de cepo. Cuando un insecto u otro animal
pequeño, atraído por el líquido dulce que libera la planta, se posa en el
centro de la hoja, toca los pelos disparadores; como respuesta, los lóbulos se
cierran en torno a la presa, y las espinas de los bordes impiden que escape.
Una vez digeridos los tejidos blandos por las sustancias digestivas que libera
la hoja, esta se abre y tiende de nuevo su trampa. Este mecanismo les permite a
las plantas sobrevivir en ambientes muy pobres en nutrientes.
ACTIVIDAD 8:
a. La molécula de
glucosa está formada por átomos de carbono, hidrógeno y oxígeno. ¿De qué
sustancias obtiene la planta cada uno de estos elementos?
b. ¿En qué etapa de la
fotosíntesis se produce la glucosa? ¿Y la liberación de oxígeno al ambiente?
c. ¿Cuál es la
importancia biológica de la fotosíntesis?
La respiración celular
aeróbica
¿Qué sucede con
las sustancias orgánicas que las células incorporan o fabrican? Una parte de
ellas se utiliza como materia prima para la síntesis de las nuevas biomoléculas
que necesitan y otra parte se emplea como combustible celular. Estas moléculas
combustibles son degradadas y liberan la energía contenida en sus uniones
químicas. Parte de la energía que se libera se utiliza para realizar diferentes
actividades celulares que requieren energía.
La mayoría de
las células eucariotas obtienen energía degradando nutrientes por medio de un
proceso que consume oxígeno: la respiración
celular aeróbica. Este proceso consiste en un conjunto de reacciones
químicas a través de las cuales la materia orgánica —principalmente la glucosa—
se degrada en forma completa generando como productos finales dióxido de carbono
y agua y liberando energía. Parte de la energía se utiliza para sintetizar ATP
a partir de ADP y P, y parte se pierde como calor.
Las mitocondrias y la respiración celular
Las últimas etapas
de la degradación de las moléculas combustibles se realiza en las mitocondrias.
Estas organelas tienen forma cilíndrica y están limitadas por dos membranas. La
membrana externa es lisa, mientras que la interna forma numerosos pliegues que
reciben el nombre de crestas mitocondriales. La membrana interna
delimita un espacio interno llamado matriz
mitocondrial donde, además de distintas sustancias hay, como en los
cloroplastos, ribosomas de tipo procariota y ADN circular similar al cromosoma
bacteriano. Las mitocondrias son capaces de sintetizar muchas de las proteínas
que necesitan para sus funciones y pueden dividirse autónomamente.
El número de
mitocondrias varía en diferentes tipos de células: aquellas con más requerimiento
de energía, como las células musculares, suelen poseer un número mayor.
Las células
procariotas que realizan la respiración aeróbica carecen de mitocondrias: el
proceso se produce en ciertas regiones de la membrana celular.
ACTIVIDAD 9:
Ubiquen, en el espacio previsto, el esquema de una mitocondria referenciado
e identifiquen todas sus estructuras.
Etapas de la
respiración celular
La degradación
completa de la glucosa se produce en tres etapas:
• Glucólisis (del griego, glykos significa "dulce", y lysis, "romper"): Esta etapa se realiza en el
hialoplasma, donde cada molécula de glucosa
se degrada en dos moléculas más sencillas de tres átomos de carbono: el ácido pirúvico. Se libera una pequeña
cantidad de energía que permite formar dos moléculas de ATP a partir de ADP y P. Además, se liberan átomos de hidrógeno que
van a ser utilizados en la última etapa. Esta primera parte de la respiración
celular no requiere oxígeno.
• Ciclo de Krebs: El ácido pirúvico ingresa
a la mitocondria y continúa degradándose en la matriz. Primero pierde un átomo
de carbono (que se libera como dióxido de carbono) y se transforma en una
molécula de dos carbonos. Esta molécula se degrada totalmente a través de una
serie compleja de reacciones químicas cíclicas hasta dióxido de carbono, que
sale de la mitocondria y luego abandona la célula por difusión. Durante estas
reacciones se libera energía que se utiliza para sintetizar más moléculas de
ATP. También se liberan átomos de hidrógeno.
• Cadena respiratoria: Esta etapa se produce
en las crestas de las mitocondrias. A través de distintos pasos, los átomos de
hidrógeno de las etapas anteriores reaccionan con el oxígeno molecular (el
mismo que tomamos del aire a nivel de los pulmones) produciendo más ATP y agua.
Como resultado
final de la respiración aeróbica, por cada molécula de glucosa que se degrada,
se consumen 6 moléculas de oxígeno y se forman 6 moléculas de dióxido de
carbono, 6 de agua y 36 moléculas de ATP. Es decir que, durante la respiración
celular la energía química contenida en las moléculas de glucosa se libera y
queda atrapada en las moléculas de ATP, que se aportarán la energía necesaria para
realizar las actividades celulares que la requieran. Además de glucosa y otros
monosacáridos, las células pueden obtener energía utilizando como combustibles celulares
ácidos grasos y aminoácidos.
La fermentación
Muchos
organismos son capaces de degradar la glucosa en forma parcial y obtener
energía sin consumir oxígeno. Este proceso, que realizan diversas bacterias y
hongos, y las células que forman los músculos esqueléticos (que en algún
momento pueden encontrarse sin oxígeno disponible) se denomina fermentación, y libera una cantidad de
energía mucho menor que la respiración aeróbica. En estos casos las moléculas
de ácido pirúvico no son degradadas en las mitocondrias, sino que permanecen en
el hialoplasma.
Existen dos
tipos principales de fermentación, los cuales reciben su nombre según el
producto final de la reacción. Las levaduras (hongos unicelulares), por
ejemplo, realizan la fermentación
alcohólica, en la que los productos finales son alcohol etílico (etanol) y
dióxido de carbono. Las células de los músculos y distintas bacterias realizan
la fermentación láctica, en la cual el
producto final es el ácido láctico.
En ambos casos
el rendimiento es de dos moléculas de ATP por cada molécula de glucosa que se
degrada parcialmente.
ACTIVIDAD 10:
Construyan una
tabla de doble entrada comparando la respiración celular aeróbica, la
fermentación y la fotosíntesis, en la que se indique:
• Parte de la
célula en la que ocurre.
• Materias
primas.
• Productos
finales.
• Función
biológica de cada proceso.
• Tipos de
células que lo realizan.
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